Research of the Kaakhem system of active faults in Tuva: segmentation and model of specific earthquakes.pdf Введение Сейсмотектонические исследования современных сильных землетрясений дают нам наглядные образцы тектонических деформаций. Эти образцы лежат в основе структурного анализа разломных зон в целом и изучения активных разломов в частности. В настоящее время считается, что землетрясения представляют собой подвижку по разлому, переводящую тектонические напряжения в деформации отдельными импульсами, которые разделены периодами покоя продолжительностью в сотни и тысячи лет. В случае выхода плоскости подвижки в очаге землетрясения на поверхность возникают сейсмотектонические разрывы, отражающие основные тенденции современного тектонического развития того или иного региона. Более того, конкретные морфологические параметры сейсмотектонических разрывов современности - длина, величина и кинематика смещений - лежат в основе оценки сейсмической опасности с использованием постоянно совершенствуемых методов тектонической геоморфологии и палеосейсмологии. Одна из основных задач палеосейсмологических исследований - сегментация крупных сейсмогене-рирующих структур, под которой подразумевается выделение индивидуальных сейсмических очагов с оценкой их сейсмического потенциала, размеров и кинематики подвижек [Палеосейсмология, 2011]. С появлением модели типичных (характерных) землетрясений в мировой практике оценки сейсмической опасности стала широко применяться гипотеза о том, что отдельные сегменты конечной длины генерируют землетрясения в узком диапазоне магни-туд, близком к максимальному уровню или достигающим его [Schwartz, Coppersmith, 1984]. Один из вариантов применения модели характерных землетрясений на практике предполагает, что повторяемость характерных землетрясений может быть расшифрована в одном пункте каждого сегмента, поскольку каждое сильное палеоземлетрясение должно было охватывать сегмент на всю его длину. Исследования Каахемской системы активных разломо нов, 19 © Овсюченко А.Н., Бутанаев Ю.В., Сугоракова А.М., Ларьков А.С., Мараханов А.В., 2019 DOI: 10.17223/25421379/10/1 Каахемской системе разломов см.: [Чер- О Аржанников, 1998; Сугоракова, Бутанаев, 2014]) были инициированы сразу после Тувинских землетрясений 2011-2012 гг. и продолжены после, в течение нескольких полевых сезонов. Основной задачей полевых исследований, помимо изучения эпи-центральной зоны землетрясений 2011-2012 гг., было установление и прослеживание одноактных и од-новозрастных сейсмотектонических уступов, рвов и валов в разновозрастных формах рельефа, включая проходку канав для изучения и датирования подвижек радиоуглеродным методом. Датирование выполнено в Лаборатории радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии Института географии РАН и Лаборатории палеогеографии и геохронологии четвертичного периода факультета географии и геоэкологии СПбГУ. По результатам исследований выполнена сегментация Каахемской системы активных разломов (рис. 1). Оценка сейсмического потенциала основана на параметрах палеоземлетря-сений - размерах очага и величине подвижки, напрямую отражающих магнитуду события. Размеры очага определялись по длине четко выраженного в рельефе сейсморазрыва. Тувинские землетрясения 2011-2012 гг. Оперативное сейсмотектоническое и сейсмологическое изучение Тувинских землетрясений 27.12.2011 и 26.02.2012 с М = 6,7 и 6,8 соответственно [Еманов и др., 2014] послужило отправной точкой в изучении основных черт строения сейсмических очагов Каахемской зоны. Согласно решениям механизмов ГС РАН подвижка при первом землетрясении имела преимущественно сдвиговую кинематику, при втором - преимущественно взбросовую с компонентой сдвига (рис. 2). Сейсморазрыв 1-го землетрясения устроен относительно просто и представлен правым сдвигом с величиной смещений на 50-60 см по плоскости субмеридионального простирания. При 2-м землетрясении общее простирание плоскости смещения отклонилось к субширотному направлению. При этом возникли отдельные системы разрывов как сдвиговой, так и взбросо-надвиговой кинематики. Они связаны между собой постепенными переходами, в целом образуя закономерный взбросо-сдвиговый структурный ансамбль общей длиной немногим менее 4 км. Максимальная величина горизонтального сокращения по разрыву достигла 1 м, смещение в вертикальной плоскости -до 80 см, величина правого сдвига - до 50 см [Овсю-ченко и др., 2016]. Сейсморазрывы возникли на ограничениях мелких морфоструктур, существовавших до землетрясений. Правый сдвиг в очаге 1-го землетрясения возник в спрямленной долине ручья Медвежий, а в ее верховьях - на ограничениях грабена-седловины. При 2-м землетрясении разрывы возникли вдоль подножия валов-поднятий или вдоль бортов небольших депрессий в днище Карахемской при-разломной впадины, отразив сжатие с правым сдвигом и подрастание хребта Час-Тайга. В целом смещения по разрывам продолжили тенденции развития морфоструктур, прослеживаемые на протяжении позднего плиоцена - голоцена. Рис. 1. Сегментация Каахемской системы активных разломов 1 - Хоптинский; 2 - Час-Тайгинский; 3 - Осерцовский; 4 - Шуйский; 5 - Чайминский; 6 - Усть-Шивейский; 7 - Ужепский; 8 -Шивейский. Пунктиром показаны предполагаемые активные разломы Fig. 1. Segmentation of the Kaachem system of active faults 1 - Khoptinskiy; 2 - Chas-Tayginskiy; 3 - Osertsovskiy; 4 - Shuyskiy; 5 - Chayminskiy; 6 - Ust'-Shiveyskiy; 7 - Uzhepskiy; 8 -Shiveyskiy. The dotted line shows the estimated active faults Направленность развития морфоструктур заключена в сжатии и горизонтальном сокращении земной поверхности в зоне Каахемского разлома с сопоставимой правосдвиговой компонентой смещений. Для Карахемской впадины получены оценки скорости позднеплейстоцен-голоценового горизонтального сокращения ее поверхности на участке с сейсмораз-рывом 2012 г. - 1,1-2,2 мм/г. [Овсюченко и др., 2017]. Таким образом, сейсморазрывы четко вписались в пределы уже существовавших морфострук-тур, обнаружив совпадение по размерам и тенденциям долговременного развития. Взаимоотношения сейсморазрывов между собой позволяют заключить, что в рассматриваемом районе активные разломы разного простирания образуют сложный дизъюнктивный узел. Он расположен на стыке гораздо более протяженных сегментов Ка-ахемской системы активных разломов разного простирания. Палеосейсмологические исследования Для прояснения вопроса об одновозрастности и одноактности протяженных сегментов они были пересечены несколькими канавами на окончаниях и центральных флангах. Хоптинский разрыв, прослеженный на протяжении 43 км, был детально изучен четырьмя канавами, интерпретация которых опубликована ранее [Овсюченко и др., 2017]. Шуйский разрыв длиной около 30 км был изучен в пяти канавах (рис. 3). В районе северного окончания Шуйский разрыв был изучен в канаве К-9 на водоразделе, в истоках рек Шуй и Осерцово (см. рис. 4, 5). Рис. 2. Положение сейсморазрывов землетрясений 2011-2012 гг. (жирные линии) в Каахемской системе активных разломов Показаны механизмы очагов землетрясений по данным ГС РАН (http://www.ceme.gsras.ru). Горизонтали рельефа проведены через 50 м. Номера активных разломов см. на рис. 1 Fig. 2. The position of earthquakes seismic 2011-2012. (thick lines) in the Kaahem active fracture system The mechanisms of earthquake foci are shown according to the GS RAS (http://www.ceme.gsras.ru). The contours of the relief are drawn through 50 m. For active fault numbers, see fig. 1 В истоке притока р. Осерцово линейный вал ССЗ простирания высотой до 1 м отсекает водосборную воронку ручья. Ручей прорезает вал и спускается из водосборной воронки, постепенно формируя зрелую долину. В разрезе канавы к основанию вала приурочен субвертикальный тектонический разрыв, по которому в результате нескольких голоценовых подвижек произошло соприкосновение осадков, накопившихся в различных условиях - груобообломоч-ных склоновых и глинистых болотных. Склоновая осыпь в результате правосторонних сдвиговых подвижек была перемещена в заболоченную водосборную воронку ручья, оказалась ниже по течению ручья относительно болотных глин и неоднократно подпруживала долину. Самый представительный участок для изучения последовательности позднеголоценовых смещений по Шуйскому разрыву, где хорошо сохранились разновозрастные аккумулятивные формы рельефа, расположен в районе канавы К-15. Рис. 3. Шуйский разрыв с положением пройденных канав (квадраты). Горизонтали рельефа проведены через 50 м. Остальные обозначения на рис. 1 Fig. 3. Shuy break with the position of the trenches passed (squares). The contours of the relief are drawn through 50 m. The remaining designations in Fig. 1 Аккумулятивные поверхности рассечены молодым линейным рвом, который хорошо сохранился от нивелирующего воздействия экзогенных процессов. Участок расположен в приустьевой части небольшого ручья - левого притока реки, где узкое днище долины р. Шуй заполнено мощным конусом выноса, отложившимся в условиях осадконакопле-ния, не соответствующих современным (см. рис. 6). В поверхность конуса врезаны две надпойменные террасы левого притока. Поверхность конуса и террасы рассечены прямолинейным рвом шириной до 5 м с поднятым восточным крылом. Вдоль рва наблюдаются правые сдвиги уступов всех террас, за исключением пойменной. Величина правого сдвига увеличивается с 3-4 м (уступ I надпойменной террасы) до 6-7 м (уступ и тыловой шов II). Вторая величина (6-7 м), по всей видимости, накопилась в результате двух подвижек. Столь яркие проявления разрыва в рельефе не оставляли сомнений в его сейсмотектонической природе. В связи с этим канава К-15 была пройдена с целью датирования отложений, заполнивших ров у его приподнятого борта. Ров пересечен канавой на поверхности конуса выноса притока р. Шуй - самой высокой и древней аккумулятивной формы рельефа на рассматриваемом участке (см. рис. 7). Рис. 4. Морфологическая схема района канавы К-9 в истоках рек Шуй и Осерцово. Основа - космоснимок с разрешением 0,6 м (http://server.arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/World_Imagery/MapServer/tile/) 1 - тектонический разрыв; 2 - горизонтали рельефа через 5 м по данным цифровой модели рельефа SRTM и полевой съемки Fig. 4. Morphological diagram of the K-9 ditch region in the headwaters of the Shui and Osertsovo rivers. The basis is a space image with a resolution of 0.6 m (http://server. arcgisonline.com/ArcGIS/rest/services/W orld_Imagery/MapServer/tile/) 1 - tectonic gap; 2 - relief horizontals in 5 m according to the SRTM digital terrain model and field survey По литолого-фациальным особенностям и условиям залегания в разрезе канавы К-15 можно выделить три разновозрастных комплекса. Они различаются составом, условиями осадконакопления и характером залегания. Нижний комплекс залегает с более крутым наклоном и представлен аллювиально-селевыми осадками конуса выноса, на которых сформировался маломощный почвенный покров (калиброванный возраст - 5780-6270 лет, обр. ЛУ-7431). Выше залегают горизонтально слоистые болотные оглеенные глины с примесью песка (средний комплекс). Они маркируют резкое изменение условий осадконакопления, связанное с заложением на поверхности конуса сейсмотектонического рва, в котором на слаборазвитом молодом почвенном покрове начали накапливаться болотные глины. Первично горизонтальные слои в болотных глинах сохранились плохо - они сильно деформированы мелкой дисгармоничной складчатостью. В общих чертах слоистость испытала наклон, параллельный кровле подстилающих аллювиально-селевых осадков. Эта деформация произошла во время болотного осадконакопления, на что указывают: конволюцион-ный характер складчатости, возникшей в обводненных (жидких) глинистых осадках и отсутствие почвенного покрова на контакте среднего и верхнего комплексов. В результате второй подвижки слои нижнего комплекса претерпели перекос, оказались задраны в сторону высокого (восточного) борта рва и с размывом и угловым несогласием перекрыты более пологими слоями. В основании верхнего комплекса залегает «ба-зальный» галечно-гравийный горизонт, переотложенный с поднятого борта рва. Он отвечает наиболее опущенной части рва и выклинивается у его приподнятого восточного борта. Выше накопились буровато-коричневые, легкие, пористые суглинки (иллювиальный горизонт палеопочвы). В них залегает погребенный гумусовый горизонт палеопочвы с углями и переотложенными обломками в верхней части (калиброванный возраст по углю - 29703250 лет, по гуминовым кислотам - 2780-2920 лет, обр. ЛУ-7433). По-видимому, захоронение па-леопочвы склоновым материалом произошло в результате резкого проседания рва при третьей подвижке, последней из зафиксированных в разрезе. Рис. 5. Общий вид места проходки канавы К-9 (показана линией). Вид со стороны заболоченной котловины на отсекающий ее вал (на восток) Fig. 5. General view of the place of penetration of the ditch K-9 (shown in line). View from the marshy hollow at the shaft cutting off (east) Рис. 6. Геоморфологическая схема района канавы К-15 в верховьях долины р. Шуй. Цифрами указаны амплитуды горизонтальных смещений тыловых швов террас, метры 1 - тыловые швы террас (низкие эрозионные уступы); 2 - пойменный аллювий; 3 - высокие эрозионные уступы; 4 - склоновые (солифлюкционно-оползневые) суглинисто-обломочные накопления; 5 - обвал; 6 - условные горизонтали рельефа на горных склонах; 7 - тектонический разрыв Fig. 6. Geomorphological scheme of the K-15 ditch area in the headwaters of the r. Shui The numbers indicate the amplitudes of the horizontal displacements of the rear seams of the terraces, meters 1 - rear seams of the terraces (low erosion ledges); 2 - floodplain alluvium; 3 - high erosion ledges; 4 - slope (solifluction-landslide) loamy-detrital accumulations; 5 - collapse; 6 - conditional relief contours on the mountain slopes; 7 - tectonic gap Fig. 7. Sketch and photo of the K-15 ditch, traversed across the ditch's stretch (Shuysky gap) 1 - pebbles, boulders with chipped edges, less often unmilled fragments of various composition (light gray, pink granitoids, gabbroids) with cross-stratified sand-gravel aggregate (alluvial-mud flow of the outflow cone); 2 - brown sand with gravel (illuvial horizon of paleosol); 3 - humus horizon of the paleosoil with traces of re-deposition of turf and mosses; 4 - light gray silty gley sandy loam with veins of ice, horizontally layered in the upper part (parallel to the roof of the layer); 5 - brown pebble-gravel horizon with thin interlay-ers of sandy loam (making a ditch, pinned out at its elevated eastern side); 6 - brownish-brown, light, porous loams (illuvial horizon of paleosoil); 7 - humus horizon of the paleoscale with coal and redeposited debris in the upper part; 8 - humus horizon of modern soil with podzol. 5 6 7 80° Ч Рис. 7. Зарисовка и фото канавы К-15, пройденной вкрест простирания рва (Шуйский разрыв) 1 - галька, валуны с обколотыми краями, реже неокатанные обломки разнообразного состава (светло-серые, розовые гранитои-ды, габброиды) с косослоистым песчано-гравийным заполнителем (аллювиально-селевые осадки конуса выноса); 2 - бурый песок с гравием (иллювиальный горизонт палеопочвы); 3 - гумусовый горизонт палеопочвы со следами переотложения дерна и мхов; 4 - светло-серые пылеватые оглеенные супеси с жилками льда, в верхней части горизонтально-слоистые (параллельно кровле слоя); 5 - бурый галечно-гравийный горизонт с тонкими прослоями супеси (выполнение рва выклинивается у его приподнятого восточного борта); 6 - буровато-коричневые, легкие, пористые суглинки (иллювиальный горизонт палеопочвы); 7 -гумусовый горизонт палеопочвы с углями и переотложенными обломками в верхней части; 8 - гумусовый горизонт современной почвы с подзолом Таким образом, в канаве К-15 изучены следы трех подвижек, произошедших примерно 5500- 6000 л.н., между 5500-3250 и около 2800-3000 л.н. Принимая величины правого сдвига уступов надпойменных террас за амплитуду одноактного смещения 3-4 м, исходя из регрессионных соотношений [Wells, Coppersmith, 1994], получаем Mw = 7,2-7,5. В среднем течении р. Шуй разрыв приобретает субмеридиональное простирание и существенную вертикальную компоненту смещений. На этом участке долина реки имеет облик тектонической впадины - широкое (до 250 м) днище долины почти полностью заполнено конусами выноса боковых притоков, среди которых меандрирует русло. Наиболее выраженный крутой уступ протягивается цепью эрозионно-тектонических фасет вдоль подножия правого борта долины р. Шуй. Он пересекает надпойменную террасу правых притоков, где имеет высоту 1,5-2,5 м. В канаве К-16 изучен уступ на поверхности 1-й надпойменной террасы р. Биче-Ары-Хем высотой 1,8 м. К востоку от уступа, во впадине р. Шуй, терраса погружается под уровень поймы и покрыта заболоченным кочкарником, по которому меандрирует русло притока с песчаным, хорошо сортированным русловым аллювием. У подножия уступа, из кровли пойменной глины отобраны уг-лефицированные растительные остатки (калиброванный возраст - 3420-3660 лет, обр. ЛУ-7434). Глина залегает на русловом, галечном аллювии и перекрыта комковатой бурой супесью, переотложенной с поднятого крыла разлома. Близкий возраст получен по торфу (калиброванный возраст - 3394-3564 лет, обр. ИГАН-4461), захороненному в схожих условиях южнее, в районе устья р. Эзерлиг-Хем (К-17). В низовьях долины р. Шуй разрыв вновь приобретает ССЗ простирание, постепенно отклоняясь в СЗ направлении в районе устья реки. Здесь он прослеживается вдоль левого борта долины, где смещает вправо долины всех ручьев - притоков. В районе канавы К-18 величина правого сдвига долины мелкого левого притока - 35-40 м, тылового шва пойменной террасы - 3-3,5 м (рис. 8). Рис. 8. Правый сдвиг (между стрелками) в правом борту р. Шуй в районе К-18 Fig. 8. Right shift (between arrows) in the right side of the river. Shui in the K-18 Канава К-18 пройдена на гребне водораздела -крутого и узкого отрога, также смещенного в результате последней подвижки (выраженной относительно свежими скальными обрывами) на 3-3,5 м. Здесь гребень нарушен рвом, заполненным рыхлым материалом, образующим ровную площадку на гребне у подножия крутого скального обрыва. Днище рва - ровное, шириной около 6 м, покрыто бурой лесной почвой и кедрово-лиственнично-березовой тайгой. В К-18 вскрыт разрез суглинисто-обло-мочных склоновых отложений, перемежаемых с двумя погребенными палеопочвами. Нижняя па-леопочва - светло-серая, пылеватая с тонкими фрагментами и дернами и корнями степных трав (калиброванный возраст - 3690-4090 лет, обр. ЛУ-7437) -залегает на глубине 1-1,2 м на выветрелых до дресвы гранитоидах. Верхняя палеопочва с хорошо развитым каштановым гумусовым горизонтом (мощностью 20 см) залегает на глубине 0,5-0,7 м (калиброванный возраст - 2850-3170 лет, обр. ЛУ-7435). Оба горизонта захоронены дресвяно-щебнистыми отложениями, постепенно переходящими в суглинистый иллювиальный горизонт. Вероятнее всего, они были захоронены в результате сейсмотектонического опускания днища рва примерно 3600-3500 и 25002800 лет назад. Последняя дата близка к датировке последнего события в верховьях р. Шуй (К-15). Заключение На основании собранных материалов можно полагать, что землетрясение с Mw = 7,2-7,5 около 25002800 лет назад охватило весь или почти весь Шуйский разрыв. Следы землетрясения 3400-3600 лет назад продатированы в среднем и нижнем течениях р. Шуй (К-16, К-17, К-18). Можно предположить, что именно это событие зафиксировано в верховьях р. Шуй (К-15) в интервале между 5500-3250 лет назад. В таком случае, событие 3400-3600 лет назад также можно счесть катастрофическим (Mw = 7,2-7,5) и охватывавшим весь или почти весь Шуйский разрыв. Следы самого древнего землетрясения (5500-6000 лет назад) обнаружены только в одном месте - в верховьях р. Шуй (К-15). Скорее всего, в других местах изучения следы этого события либо не были вскрыты, либо уничтожены экзогенными процессами. В связи с этим магнитуду события определить не удалось. Степень изученности сейсмической истории Ка-ахемской системы в целом более всего представительна для последних 3-4 тыс. лет. Выявлены следы четырех мощных сейсмических активизаций из нескольких сильнейших для этой зоны землетрясений. Катастрофическими были четыре землетрясения, произошедшие 800-1000, 1800-2100 лет назад (Хоптинский разрыв) [Овсюченко и др., 2017], 2500-2800 и 34003600 лет назад (Шуйский разрыв). Величина одноактных смещений достигает 4 м, а длина сегментов -40 км. Это говорит о том, что магнитуда землетрясений достигала М = 7,5. В эти эпохи сейсмических активизаций происходили и более слабые землетрясения с М = 6,5-7,0, рассмотрение которых - отдельный вопрос. Такие события при каждой сейсмической активизации охватывали разные сегменты, т. е. происходили в разных участках Каахемской системы разломов, отстоящих друг от друга на расстоянии до 100 км. Последние землетрясения в Каахемской системе разломов произошли в 2011-2012 гг. Сейсморазрывы в очагах этих землетрясений возникли на ограничениях мелких морфоструктур. Смещения по разрывам продолжили направленность развития этих морфострук-тур в течение очень длительного времени. Кроме того, сейсморазрывы четко вписались в пределы уже существовавших морфоструктур, показывая необходимость и адекватность использования морфоструктурного анализа при оценке сейсмической опасности в Алтае-Саянском сейсмоактивном регионе.

Скачать электронную версию публикации